Niels Vandervoort fra J&J Innovative Medicine og Nicolas Catrysse fra Siemens

Digital Process Twin reducerer J&J produktionstid og omkostninger

Når du er i medicinalindustrien, kan en kort tid til markedet redde liv. Derfor bruger J&J Innovative Medicine Digital Process Twin fra Siemens til at gøre produktionen mere effektiv.

J&J's Digital Twin: Accelererende innovation

Få nye produkter på markedet så hurtigt som muligt — ved J&J Innovativ medicin i Belgien — Det er ikke kun et spørgsmål om økonomi; det er ofte et spørgsmål om liv og død. For at optimere sine produktionsprocesser startede virksomheden et pilotprojekt ved hjælp af en Digital Process Twin fra Siemens. „Resultaterne var imponerende,“ siger Niels Vandervoort, Senior Manager Pilot Plant Data & Systems hos J&J Innovative Medicine. „Pilotprojektet hjalp os med at foretage store nedskæringer i behandlingstider, forbrug af kemiske produkter og omkostninger.“

Laboratory technician in protective gear examining vials in a pharmaceutical manufacturing facility

Madlavning med farmaceutiske ingredienser

Hvordan opstår en medicin hos J&J Innovative Medicine? Laboratoriet udvikler en trinvis kemisk plan (en proces) for at forberede en ny aktiv ingrediens. Når laboratoriefasen er færdig, øges fabrikationen i flere faser, fra en liter til titusinder af liter i tilfælde af kommerciel produktion. Udviklingen finder sted på to belgiske anlæg, Chemical Development Mini Plant (CDMP, i Beerse) og Chemical Development Pilot Plant (CDPP, i Geel).

„At lave kemiske produkter er lidt som madlavning,“ forklarer Niels. „Du blander ingredienser i en reaktionsbeholder, og der kommer noget nyt ud. I tilberedningsprocessen skal du koncentrere dig meget om vigtige parametre som temperatur, tryk og blandingshastighed for at sikre, at du altid får de rigtige produkter sikkert og med pålidelig kvalitet. Vi ser disse parametre konstant.“

Hos J&J forsøger vi at minimere miljøpåvirkningen af vores produktionsprocesser. Derfor startede vi et pilotprojekt med Digital Process Twin fra Siemens.

Niels Vandervoort, Senior Manager Pilotanlægsdata og -systemer, J&J Innovativ medicin

Fra opløsning til krystallisering

„Reaktorbeholderen indeholder et opløsningsmiddel, hvori kemiske produkter opløses under de rette betingelser for at reagere sammen på den bedste måde. Så skal man få de nydannede kemiske produkter ud af beholderen for at lave den endelige medicin,“ siger Niels. „For at gøre det er det vigtigt at forhindre, at de nye kemiske produkter opløses og at få dem til at genopløse eller krystallisere i stedet. For at opnå dette opløsningsmidlet erstattes af et krystalliserende opløsningsmiddel: opløsningsmiddelkontakten. Skiftet sker ofte ved destillation eller kogning. For en tusind-liters tank kan det spise meget tid. For eksempel, hvis en syntese tager 80 timer i alt, kan opløsningsmiddelkontakten alene bruge op til 20 af disse timer.“

„Hvis vi optimerer opløsningsmiddelkontakten, vil vi Spar meget tid og øg effektiviteten over hele linjen. Enhver virksomhed ønsker at producere så effektivt som muligt, men tingene bliver endnu mere presserende, hvor menneskeliv er involveret. En optimeret switch hjælper os også med at bruge mindre kemiske produkter. Hvilket er vigtigt, fordi vi hos J&J forsøger at minimere miljøpåvirkningen af vores produktionsprocesser. Derfor startede vi et pilotprojekt med Digital Process Twin fra Siemens - optimering af en opløsningsmiddelswitch i starten med det ultimative mål at optimere alle switche.“

Modellen laver konstant forudsigelser, som den derefter sammenligner med de faktiske data. Det giver os mulighed for konstant at forbedre processen.

Nicolas Catrysse, BD-digitaliseringsløsninger, Siemens

En virtuel opløsningsmiddelswitch

„Først skabte vi en procesmodel i gPROMS FormulatedProducts, en avanceret procesmodelleringsplatform. Det er en revolutionerende software, der lader os samle mekanisk viden - hvordan du kan forvente, at en reaktion som denne fortsætter på et (bio) videnskabeligt grundlag. Så procesmodellen er faktisk en virtuel kopi af produktionsprocessen, og det er en af de grundlæggende komponenter i en Digital Twin. Hvilket betyder, at vores tilgang på dette niveau adskiller sig fra en mere datafokuseret model. Det giver os mange fordele - det giver os mulighed for at udføre større optimeringer, vi har brug for massivt færre data (med en faktor på fem), og ikke kun kan vi sætte ændringerne i gang hurtigere, men de vil være nemmere at vedligeholde,“ forklarer Nicolas Catrysse, Business Development Digitalization Solutions hos Siemens.

„Efter vi byggede modellen, kalibrerede vi den med data afledt af processen, hvilket betyder fra det virkelige liv. Med disse data byggede vi en digital applikation med GPROMs digitale applikationsplatform, eller GDAP. Denne procedure finder sted i et åbent kredsløb. Derefter kiggede vi på, hvordan modellen reagerede på input fra processtyringssystemet, og vi endte med en lukket sløjfe. GdAP laver konstant forudsigelser undervejs, som den derefter sammenligner med de faktiske data. Det giver os mulighed for hele tiden at forbedre processen.“

„Jeg sammenligner det ofte med en GPS,“ tilføjer Niels. “ Vi rejser fra en bestemt sammensætning af opløsningsmidler - placering A, til en anden sammensætning - sted B. Modellen vil guide os Fra A til B i realtid ved den korteste rute, eller den hurtigste eller den mest økologiske. Den udsender den ideelle rute og bliver ved med at optimere den som funktion af de faktiske forhold - er der en omvej eller en ulykke?“

Samlede omkostninger ned med 35%

Pilotprojektets resultater var imponerende. Digital Process Twin gjorde det muligt at reducere forbruget af opløsningsmidler med 30%. Skiftetiden blev reduceret med 35%, og det samme var de samlede omkostninger. „Resultaterne overgik vores forventninger,“ forklarer Niels.

„Effektiviteten er ikke kun økonomisk værd, men også mere robust. I dag har vi udvidet pilotprojektet til yderligere fire opløsningsmiddelswitche, hvor vi håber at få lignende resultater, fordi disse økonomier ikke kun er begrænset til dette specifikke anvendelsestilfælde.“

„Derudover er der også betydelige fordele, når du sætter nye processer op. Bare det at optimere eksisterende opløsningsmiddelafbrydere er meget rentabelt i sig selv. Og hvis vi kan anvende modellen, før vi udvider produktionen — altså i laboratoriet — sparer vi endnu mere tid og ressourcer. Når alt kommer til alt er eksperimentering i laboratoriet meget billigere end at eksperimentere i industriel skala. Så nu ser vi på, hvordan vi kan bruge laboratoriedata til at lave modeller, som vi senere kan anvende til større produktion.“

At køre en test sparede os stort set en masse tid og ressourcer.

Niels Vandervoort, Senior Manager Pilotanlægsdata og -systemer, Johnson & Johnson Innovativ Medicin

Anvend modeller i et GMP-miljø

Brug af disse modeller i et miljø med god fremstillingspraksis (GMP) præsenterer betydelige udfordringer. Alt skal opfylde de GMP-standarder, der er fastsat af US Food and Drug Administration (FDA) og Europas Europæiske Lægemiddelagentur (EMA). Det betyder at håndtere revisionsspor, versionering, dataintegritet, sikkerhed og meget mere. Nicolas: „Når vi anvender modeller i kommerciel produktionsskala, dækker vi alle de ekstra krav ved hjælp af vores SIPAT-softwareplatform. Det kan vi gøre takket være vores viden om procesanalytisk teknologi (PAT). SIPAT har desuden evnen til at fungere som en centralt styringssystem for PAT-kvalitetsdata både i laboratoriet, på et pilotanlæg og i kommerciel skala. Dette system gør disse modeller praktiske, effektive og hurtige med fantastiske resultater.“

Bred tilgængelighed af modeller

„For nylig brugte vi også Digital Process Twin til en ny procesudvikling, der involverer frysetørring. Dette var en reaktion, der fik temperaturen inde i reaktionsbeholderen til at stige, men alligevel måtte temperaturen også holdes under en bestemt værdi, ellers ville reaktionen mislykkes. Processen fungerede i laboratoriet, men udvidelse til industriel skala får parametrene til at ændre sig. I så fald ville vi normalt oprette en testkonfiguration og eksperimentere, indtil vi får de rigtige parametre. Men denne gang kunne vi køre konfigurationen virtuelt, og modellen viste, at processen bare slet ikke ville fungere i den skala. Så det sparede os en masse tid og ressourcer.“

Virtuelt hele vejen fra laboratorium til apotek

Digital Process Twins er meget lovende for medicinalsektoren, konkluderer Niels. “ Dette er kun begyndelsen. Der er tydeligvis mange måder at producerer meget mere effektivt og med mindre indvirkning på miljøet. Med denne teknologi vil vi også være i stand til at udvikle nye processer meget hurtigere i fremtiden, og med Siemens har vi en ideel partner til at gøre det — takket være deres kombination af softwarekendskab, deres viden om vores felt og deres erfaring med processer inden for lægemidler og andre sektorer.

Til sidst vil vi være i stand til at bruge virtuelle modeller hele vejen fra udviklingsstadiet til kommerciel produktion. Den tid, der redder os, vil også redde mange liv.

Two smiling technicians in a modern industrial facility

Kom i kontakt med vores eksperter

Vil du forbedre din egen produktion med Digital Process Twin? Bare kontakt os, så udarbejder vi sammen en skræddersyet løsning.

Kontakt os